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        <title>Rust并发：标准库Arc源码分析 - Rust 优秀博文</title>


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        <!-- Provide site root to javascript -->
        <script type="text/javascript">
            var path_to_root = "../../";
            var default_theme = window.matchMedia("(prefers-color-scheme: dark)").matches ? "navy" : "light";
        </script>

        <!-- Work around some values being stored in localStorage wrapped in quotes -->
        <script type="text/javascript">
            try {
                var theme = localStorage.getItem('mdbook-theme');
                var sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar');

                if (theme.startsWith('"') && theme.endsWith('"')) {
                    localStorage.setItem('mdbook-theme', theme.slice(1, theme.length - 1));
                }

                if (sidebar.startsWith('"') && sidebar.endsWith('"')) {
                    localStorage.setItem('mdbook-sidebar', sidebar.slice(1, sidebar.length - 1));
                }
            } catch (e) { }
        </script>

        <!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
        <script type="text/javascript">
            var theme;
            try { theme = localStorage.getItem('mdbook-theme'); } catch(e) { }
            if (theme === null || theme === undefined) { theme = default_theme; }
            var html = document.querySelector('html');
            html.classList.remove('no-js')
            html.classList.remove('light')
            html.classList.add(theme);
            html.classList.add('js');
        </script>

        <!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
        <script type="text/javascript">
            var html = document.querySelector('html');
            var sidebar = 'hidden';
            if (document.body.clientWidth >= 1080) {
                try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
                sidebar = sidebar || 'visible';
            }
            html.classList.remove('sidebar-visible');
            html.classList.add("sidebar-" + sidebar);
        </script>

        <nav id="sidebar" class="sidebar" aria-label="Table of contents">
            <div class="sidebar-scrollbox">
                <ol class="chapter"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">1.</strong> 类型系统</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust_Concept_Clarification_Deref_vs_AsRef_vs_Borrow_vs_Cow/Rust_Concept_Clarification_Deref_vs_AsRef_vs_Borrow_vs_Cow.html"><strong aria-hidden="true">1.1.</strong> Rust Concept Clarification Deref vs AsRef vs Borrow vs Cow</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust_Concept_Clarification_Deref_vs_AsRef_vs_Borrow_vs_Cow/Deref_AsRef_Borrow_Cow释义.html"><strong aria-hidden="true">1.2.</strong> Deref AsRef Borrow Cow 释义</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust的Borrow和AsRef：让你的代码用起来像呼吸一样自然/Rust的Borrow和AsRef：让你的代码用起来像呼吸一样自然.html"><strong aria-hidden="true">1.3.</strong> Rust的Borrow和AsRef：让你的代码用起来像呼吸一样自然</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust的Cow类型有什么用？详解Cow及其用途/Rust的Cow类型有什么用？详解Cow及其用途.html"><strong aria-hidden="true">1.4.</strong> Rust的Cow类型有什么用？详解Cow及其用途</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/判别Fn、FnMut、FnOnce的标准/判别Fn、FnMut、FnOnce的标准.html"><strong aria-hidden="true">1.5.</strong> 判别Fn、FnMut、FnOnce的标准</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/一行代码告诉你内部可变性的真相(UnsafeCell)/一行代码告诉你内部可变性的真相(UnsafeCell).html"><strong aria-hidden="true">1.6.</strong> 一行代码告诉你内部可变性的真相(UnsafeCell)</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Tour_of_Rust's_Standard_Library_Traits/Tour_of_Rust's_Standard_Library_Traits.html"><strong aria-hidden="true">1.7.</strong> Tour of Rust's Standard Library Traits</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/逆变、协变与子类型，以及Rust/逆变、协变与子类型，以及Rust.html"><strong aria-hidden="true">1.8.</strong> 逆变、协变与子类型，以及Rust</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust自引用结构、Pin与Unpin/Rust自引用结构、Pin与Unpin.html"><strong aria-hidden="true">1.9.</strong> Rust自引用结构、Pin与Unpin</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/为什么Rust需要Pin,Unpin/为什么Rust需要Pin,Unpin.html"><strong aria-hidden="true">1.10.</strong> 译：为什么 Rust 需要 Pin, Unpin ？</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/定海神针Pin和Unpin/定海神针Pin和Unpin.html"><strong aria-hidden="true">1.11.</strong> 译：定海神针 Pin 和 Unpin</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/sizedness-in-rust/sizedness-in-rust.html"><strong aria-hidden="true">1.12.</strong> Sizedness in Rust</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust生命周期集大成者PhantomData〈T〉/Rust生命周期集大成者PhantomData〈T〉.html"><strong aria-hidden="true">1.13.</strong> Rust生命周期集大成者 PhantomData&lt;T&gt;</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操_Part_0.html"><strong aria-hidden="true">1.14.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操 Part 0</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：GAT实现引用类型关联_Part_1.html"><strong aria-hidden="true">1.15.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：GAT实现引用类型关联 Part 1</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：用HRTB写bound_Part_2.html"><strong aria-hidden="true">1.16.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：用HRTB写bound Part 2</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操之用宏展开重复代码_Part_3_&_4.html"><strong aria-hidden="true">1.17.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操之用宏展开重复代码 Part 3 & 4</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：与Rust编译器斗智斗勇之表达式向量化_Part_5_&_6.html"><strong aria-hidden="true">1.18.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：与Rust编译器斗智斗勇之表达式向量化 Part 5 & 6</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：在Rust中用宏关联逻辑类型和实际类型_Part_7.html"><strong aria-hidden="true">1.19.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：在Rust中用宏关联逻辑类型和实际类型 Part 7</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">2.</strong> 生命周期</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/Rust中的生命周期——从StrSplit实例说开去/Rust中的生命周期——从StrSplit实例说开去.html"><strong aria-hidden="true">2.1.</strong> Rust中的生命周期——从StrSplit实例说开去</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/与ChatGPT深度对话来学Rust生命周期/与ChatGPT深度对话来学Rust生命周期.html"><strong aria-hidden="true">2.2.</strong> 与ChatGPT深度对话来学Rust生命周期</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（1）/进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（1）.html"><strong aria-hidden="true">2.3.</strong> 进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（1）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（2）/进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（2）.html"><strong aria-hidden="true">2.4.</strong> 进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（2）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（1）/进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（1）.html"><strong aria-hidden="true">2.5.</strong> 进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（1）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（2）/进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（2）.html"><strong aria-hidden="true">2.6.</strong> 进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（2）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/Common_Rust_Lifetime_Misconceptions/Common_Rust_Lifetime_Misconceptions.html"><strong aria-hidden="true">2.7.</strong> Common Rust Lifetime Misconceptions</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/Rust生命周期常见误区/Rust生命周期常见误区.html"><strong aria-hidden="true">2.8.</strong> 译：Rust生命周期常见误区</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">3.</strong> 无畏并发</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/简单写个Rust无锁队列/简单写个Rust无锁队列.html"><strong aria-hidden="true">3.1.</strong> 简单写个Rust无锁队列</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/进击的Rust多线程——混合自旋锁/进击的Rust多线程——混合自旋锁.html"><strong aria-hidden="true">3.2.</strong> 进击的Rust多线程——混合自旋锁</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/An_unsafe_tour_of_Rust's_Send_and_Sync/An_unsafe_tour_of_Rust's_Send_and_Sync.html"><strong aria-hidden="true">3.3.</strong> An unsafe tour of Rust's Send and Sync</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/进击的Rust多线程——Send与Sync/进击的Rust多线程——Send与Sync.html"><strong aria-hidden="true">3.4.</strong> 进击的Rust多线程——Send与Sync</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/进击的Rust多线程——离经叛道的PhantomData/进击的Rust多线程——离经叛道的PhantomData.html"><strong aria-hidden="true">3.5.</strong> 进击的Rust多线程——离经叛道的PhantomData</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/Rust_Async_Pin概念解析/Rust_Async_Pin概念解析.html"><strong aria-hidden="true">3.6.</strong> Rust Async: Pin概念解析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/Rust和C++的并发库对比/Rust和C++的并发库对比.html"><strong aria-hidden="true">3.7.</strong> 译：Rust 和 C++ 的并发库对比</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/Rust原子类型和内存排序/Rust原子类型和内存排序.html"><strong aria-hidden="true">3.8.</strong> Rust原子类型和内存排序</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">4.</strong> 网络编程</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../06_网络编程/从编解码层面理解WebSocket_手写一个WebSocket/从编解码层面理解WebSocket_手写一个WebSocket.html"><strong aria-hidden="true">4.1.</strong> 从编解码层面理解WebSocket 手写一 个WebSocket</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../06_网络编程/透过Rust探索系统的本原：网络篇/透过Rust探索系统的本原：网络篇.html"><strong aria-hidden="true">4.2.</strong> 透过Rust探索系统的本原：网络篇</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">5.</strong> 轮子系列</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/700行Rust写一个内存分配器/700行Rust写一个内存分配器.html"><strong aria-hidden="true">5.1.</strong> 700行Rust写一个内存分配器</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/Rust：网络库的实现思路/Rust：网络库的实现思路.html"><strong aria-hidden="true">5.2.</strong> Rust：网络库的实现思路</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/Rust异步运行时基础部件/Rust异步运行时基础部件.html"><strong aria-hidden="true">5.3.</strong> Rust异步运行时基础部件</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/使用Rust+epoll编写异步IO框架/使用Rust+epoll编写异步IO框架（1）.html"><strong aria-hidden="true">5.4.</strong> 使用Rust+epoll编写异步IO框架（1）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/使用Rust+epoll编写异步IO框架/使用Rust+epoll编写异步IO框架（2）.html"><strong aria-hidden="true">5.5.</strong> 使用Rust+epoll编写异步IO框架（2）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/使用Rust+epoll编写异步IO框架/使用Rust+epoll编写异步IO框架（3）.html"><strong aria-hidden="true">5.6.</strong> 使用Rust+epoll编写异步IO框架（3）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day1.html"><strong aria-hidden="true">5.7.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day1</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day2.html"><strong aria-hidden="true">5.8.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day2</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day3.html"><strong aria-hidden="true">5.9.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day3</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day4.html"><strong aria-hidden="true">5.10.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day4</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day5.html"><strong aria-hidden="true">5.11.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day5</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">6.</strong> 奇技淫巧</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/Copy-On-Write是不是优化？/Copy-On-Write是不是优化？.html"><strong aria-hidden="true">6.1.</strong> 译：Copy-On-Write是不是优化？</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/揭秘神奇的Rust_Axum风格的函数实现/揭秘神奇的Rust_Axum风格的函数实现.html"><strong aria-hidden="true">6.2.</strong> 译：揭秘神奇的 Rust Axum 风格的函数实现</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/“变长参数”函数与回调/“变长参数”函数与回调.html"><strong aria-hidden="true">6.3.</strong> “变长参数”函数与回调</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/Rust字符串格式化的幕后：format_args!()/Rust字符串格式化的幕后：format_args!().html"><strong aria-hidden="true">6.4.</strong> 译：Rust字符串格式化的幕后：format_args!()</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/给Rust带来一点C++特产/给Rust带来一点C++特产.html"><strong aria-hidden="true">6.5.</strong> 给Rust带来一点C++特产</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/一步步实现_Rust_Bevy_ECS_的_System_简化版本/一步步实现_Rust_Bevy_ECS_的_System_简化版本.html"><strong aria-hidden="true">6.6.</strong> 一步步实现 Rust Bevy ECS 的 System 简化版本</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/Exploring_Design_Patterns_in_Rust_with_Algorithmic_Trading_Examples/Exploring_Design_Patterns_in_Rust_with_Algorithmic_Trading_Examples.html"><strong aria-hidden="true">6.7.</strong> Exploring Design Patterns in Rust with Algorithmic Trading Examples</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">7.</strong> 源码分析</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust并发：bytes源码分析/Rust并发：bytes源码分析.html"><strong aria-hidden="true">7.1.</strong> Rust并发：bytes源码分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust并发：标准库Arc源码分析/Rust并发：标准库Arc源码分析.html" class="active"><strong aria-hidden="true">7.2.</strong> Rust并发：标准库Arc源码分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust并发：标准库sync_Once源码分析/Rust并发：标准库sync_Once源码分析.html"><strong aria-hidden="true">7.3.</strong> Rust并发：标准库sync::Once源码分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust源码阅读：引用计数Rc/Rust源码阅读：引用计数Rc.html"><strong aria-hidden="true">7.4.</strong> Rust源码阅读：引用计数Rc</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust源码阅读：Cell、RefCell与内部可变性/Rust源码阅读：Cell、RefCell与内部可变性.html"><strong aria-hidden="true">7.5.</strong> Rust源码阅读： Cell、RefCell与内部可变性</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/关于_Rust_的_UnsafeCell、Cell_与_RefCell/关于_Rust_的_UnsafeCell、Cell_与_RefCell.html"><strong aria-hidden="true">7.6.</strong> 关于 Rust 的 UnsafeCell、Cell 与 RefCell</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust_Async_async-stream源码分析/Rust_Async_async-stream源码分析.html"><strong aria-hidden="true">7.7.</strong> Rust Async: async-stream源码分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/走进Tokio的异步世界/走进Tokio的异步世界.html"><strong aria-hidden="true">7.8.</strong> 走进 Tokio 的异步世界</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/tokio.rs_runtime的实现/tokio.rs_runtime的实现.html"><strong aria-hidden="true">7.9.</strong> tokio.rs runtime 的实现</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Tokio_internals/Tokio_internals.html"><strong aria-hidden="true">7.10.</strong> Tokio internals</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Tokio_internals/译文：Tokio內部机制.html"><strong aria-hidden="true">7.11.</strong> 译：Tokio 内部机制</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust_Axum_HTTP_框架的架构分析/Rust_Axum_HTTP_框架的架构分析.html"><strong aria-hidden="true">7.12.</strong> Rust Axum HTTP 框架的架构分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/安利一个Rust_Game_Engine：Bevy--ECS部分/安利一个Rust_Game_Engine：Bevy--ECS部分.html"><strong aria-hidden="true">7.13.</strong> 安利一个Rust Game Engine：Bevy--ECS部分</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Tokio_解析之任务调度/Tokio_解析之任务调度.html"><strong aria-hidden="true">7.14.</strong> Tokio 解析之任务调度</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">8.</strong> 生态观察</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../11_生态观察/Rust_web_frameworks_have_subpar_error_reporting/Rust_web_frameworks_have_subpar_error_reporting.html"><strong aria-hidden="true">8.1.</strong> Rust web frameworks have subpar error reporting</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../11_生态观察/SeaORM：要做Rust版本的ActiveRecord/SeaORM：要做Rust版本的ActiveRecord.html"><strong aria-hidden="true">8.2.</strong> SeaORM：要做Rust版本的ActiveRecord</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">9.</strong> 死灵终极</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_总述.html"><strong aria-hidden="true">9.1.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 总述</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_0.html"><strong aria-hidden="true">9.2.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 0</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_1.html"><strong aria-hidden="true">9.3.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 1</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_2.html"><strong aria-hidden="true">9.4.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 2</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_3.html"><strong aria-hidden="true">9.5.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 3</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_4.html"><strong aria-hidden="true">9.6.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 4</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_5.html"><strong aria-hidden="true">9.7.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 5</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Unsafe_Rust_随堂小测/Unsafe_Rust_随堂小测（一）.html"><strong aria-hidden="true">9.8.</strong> Unsafe Rust 随堂小测（一）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Unsafe_Rust_随堂小测/Unsafe_Rust_随堂小测（二）.html"><strong aria-hidden="true">9.9.</strong> Unsafe Rust 随堂小测（二）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Unsafe_Rust_随堂小测/Unsafe_Rust_随堂小测（三）.html"><strong aria-hidden="true">9.10.</strong> Unsafe Rust 随堂小测（三）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Unsafe_Rust_随堂小测/Unsafe_Rust_随堂小测参考答案.html"><strong aria-hidden="true">9.11.</strong> Unsafe Rust 随堂小测参考答案</a></li></ol></li></ol>
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                        link.setAttribute('tabIndex', sidebar === 'visible' ? 0 : -1);
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                </script>

                <div id="content" class="content">
                    <main>
                        <h1 id="rust并发标准库arc源码分析"><a class="header" href="#rust并发标准库arc源码分析">Rust并发：标准库Arc源码分析</a></h1>
<p>作者：<a href="https://www.zhihu.com/people/lai-zhi-chao-96">laizy</a></p>
<p>原载：<a href="https://zhuanlan.zhihu.com/p/463779910">https://zhuanlan.zhihu.com/p/463779910</a></p>
<p>Arc是线程安全的引用计数指针，用于在多个线程中共享数据的所有权。为了避免循环引用导致内存泄漏，分为强引用和弱引用，强引用可以降级为弱引用；如果数据还没析构，则弱引用可以升级为强引用。当所有强引用销毁后数据将被析构，当所有引用都销毁后，分配的内存将被释放。这个结构从概念上理解是比较简单的，不过代码实现中有不少原子变量操作，内存序的设置稍有不慎就会出bug，印象里据说当时的形式化证明还挺麻烦的。</p>
<h2 id="结构定义"><a class="header" href="#结构定义"><strong>结构定义</strong></a></h2>
<p>结构定义如下，注意内存布局上，强弱引用计数器和数据是紧挨在一起的，因此Arc和Weak都是普通指针，不是胖指针。另外Arc负责数据的析构，因此增加了一个PhantomData，提醒编译器做drop checker。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>pub struct Arc&lt;T: ?Sized&gt; {
    ptr: NonNull&lt;ArcInner&lt;T&gt;&gt;,
    phantom: PhantomData&lt;ArcInner&lt;T&gt;&gt;,
}

pub struct Weak&lt;T: ?Sized&gt; {
    ptr: NonNull&lt;ArcInner&lt;T&gt;&gt;,
}

#[repr(C)]
struct ArcInner&lt;T: ?Sized&gt; {
    strong: atomic::AtomicUsize,
    // 这个计数可以临时设置为usize::MAX，来禁用弱指针升级为强引用 
    weak: atomic::AtomicUsize, 
    data: T,
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h2 id="函数实现"><a class="header" href="#函数实现"><strong>函数实现</strong></a></h2>
<p>下面重点分析下Arc/Weak引用的构造，克隆，升级/降级和析构等操作。</p>
<h3 id="arcnew函数"><a class="header" href="#arcnew函数"><strong>Arc::new函数</strong></a></h3>
<p>这个函数做了基本的分配内存和数据赋值操作，值得注意的是强弱引用计数都设置为了1。这是因为析构分成了两部分，当强引用计数为0的时候，只能将数据进行析构，而引用本身的内存不能释放，因为可能还有其他的弱引用指针指向了这里。所以如果实现上增加一个虚拟的弱引用由所有的强引用共享，当所有的强引用都析构掉的时候，才创建出这个共享的弱引用，那么就可以将引用本身的内存释放交给弱引用来维护，可以简化代码；同时也确保了在数据析构完成前，始终有弱引用，避免数据没完全析构掉前弱引用先将内存销毁了。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T&gt; Arc&lt;T&gt; {
    pub fn new(data: T) -&gt; Arc&lt;T&gt; {
        let x: Box&lt;_&gt; = box ArcInner {
            strong: atomic::AtomicUsize::new(1),
            weak: atomic::AtomicUsize::new(1),
            data,
        };
        unsafe { Self::from_inner(Box::leak(x).into()) }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="arcnew_cyclic函数"><a class="header" href="#arcnew_cyclic函数"><strong>Arc::new_cyclic函数</strong></a></h3>
<p>这个函数允许在创建Arc之前就预先拿到对应的Weak指针，用于构造循环引用。主要流程：</p>
<ol>
<li>分配内存，初始化强引用计数为0，弱引用计数为1；</li>
<li>构造好Weak，将&amp;Weak传递给回调函数，构造好数据T；</li>
<li>拿到数据后复制进分配的数据内存中；</li>
<li>采用Release内存序递增强引用计数，并构造出Arc；</li>
<li>对第二步构造的Weak调用mem::forget，因为所有的Arc隐式拥有一个Weak.</li>
</ol>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T&gt; Arc&lt;T&gt; {
    pub fn new_cyclic(data_fn: impl FnOnce(&amp;Weak&lt;T&gt;) -&gt; T) -&gt; Arc&lt;T&gt; {
        let uninit_ptr: NonNull&lt;_&gt; = Box::leak(box ArcInner {
            strong: atomic::AtomicUsize::new(0),
            weak: atomic::AtomicUsize::new(1),
            data: mem::MaybeUninit::&lt;T&gt;::uninit(),
        })
        .into();
        let init_ptr: NonNull&lt;ArcInner&lt;T&gt;&gt; = uninit_ptr.cast();
        let weak = Weak { ptr: init_ptr };
        let data = data_fn(&amp;weak);
        let strong = unsafe {
            let inner = init_ptr.as_ptr();
            ptr::write(ptr::addr_of_mut!((*inner).data), data);
            let prev_value = (*inner).strong.fetch_add(1, Release);
            debug_assert_eq!(prev_value, 0, &quot;No prior strong references should exist&quot;);
            Arc::from_inner(init_ptr)
        };
        mem::forget(weak);
        strong
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<p>有几个细节需要留意：</p>
<ol>
<li>强引用计数初始设置为0，这样确保回调函数没法将弱引用升级为强引用，进而拿到未初始化的&amp;T，导致UB；</li>
<li>弱引用没有将所有权交给回调函数，避免回调函数drop掉这个引用，导致分配的内存被回收；</li>
<li>拷贝完数据后，强引用设置为1时如果不采用Release内存序，会存在一个特殊的执行路径导致data race：回调函数clone出一份Weak，并将它发送到线程X，线程X等强引用设置为1后，进行升级为强引用(Acquire内存序)，然后读取数据。尽管这个读取操作和数据的拷贝操作看起来是由先后顺序的，但线程之间没有建立同步关系，会有data race。</li>
</ol>
<h3 id="arctry_unwrap函数"><a class="header" href="#arctry_unwrap函数"><strong>Arc::try_unwrap函数</strong></a></h3>
<p>这个函数尝试销毁掉一个强引用并取出数据，只有当这个强引用是最后一个的时候调用成功。在实现上对内存序有一个优化：考虑到只有最后一个强引用才能成功并对数据进行读取，所以if语句很大概率上是失败的，因此对strong做exchange时使用了Relaxed内存序。当确认自己是最后一个后，才对strong做一个Acquire序的load操作(读取出来肯定是0)。</p>
<p>思考题：Arc实现了Deref，并且这个实现是直接指针解引用，没有涉及内存同步操作，当拥有一个Arc的时候，是可以直接拿到&amp;T进行安全读取的，也就是说数据已经是经过了同步。那这里为啥还需要Acquire内存序？</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T&gt; Arc&lt;T&gt; {
    pub fn try_unwrap(this: Self) -&gt; Result&lt;T, Self&gt; {
        if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Relaxed, Relaxed).is_err() {
            return Err(this);
        }

        this.inner().strong.load(Acquire);
        unsafe {
            let elem = ptr::read(&amp;this.ptr.as_ref().data);
            // 因为是最后一个强引用，将隐式的共享弱引用构造出来
            let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
            mem::forget(this);
            Ok(elem)
        }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="arcclone函数"><a class="header" href="#arcclone函数"><strong>Arc::clone函数</strong></a></h3>
<p>这个函数克隆出一份新的Arc，注意到递增强引用计数器的时候采用了Relaxed内存序，这是说得通的，因为新生成的Arc和老的本质上是没有任何区别的，通过老的能够安全地访问内部的数据，那么通过新的也必然是安全的。另外注意到这里对老的引用计数大小做了一个限制，这是避免有bug的代码死命clone然后立马mem::forget，导致fetch_add溢出，并释放内存造成use-after-free。(代码假定了不会有usize::MAX - MAX_REFCOUNT 个线程并发调用clone)。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>const MAX_REFCOUNT: usize = (isize::MAX) as usize;

impl&lt;T: ?Sized&gt; Clone for Arc&lt;T&gt; {
    fn clone(&amp;self) -&gt; Arc&lt;T&gt; {
        let old_size = self.inner().strong.fetch_add(1, Relaxed);
        if old_size &gt; MAX_REFCOUNT {
            abort();
        }

        unsafe { Self::from_inner(self.ptr) }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="arcdrop-函数"><a class="header" href="#arcdrop-函数"><strong>Arc::drop 函数</strong></a></h3>
<p>Arc的实现需要保证两个形式的同步：</p>
<ol>
<li>对Arc内部的数据访问和最后一个Arc在drop时将数据析构的操作要建立同步关系；</li>
<li>具有内部可变性的数据，如Mutex，尽管在正常访问时会通过lock操作进行正确的同步，但当Mutex进行析构时，不会进行lock操作，因此需要Arc来做同步；</li>
</ol>
<p>同步的建立就放在了Arc的drop函数中，所有的强引用计数递减时采用Release内存序，最后一个Arc额外使用Acquire序做一次load操作。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>unsafe impl&lt;#[may_dangle] T: ?Sized&gt; Drop for Arc&lt;T&gt; {
    #[inline]
    fn drop(&amp;mut self) {
        if self.inner().strong.fetch_sub(1, Release) != 1 {
            return;
        }
        self.inner().strong.load(Acquire);
        unsafe {
            self.drop_slow();
        }
    }
    
    #[inline(never)]
    unsafe fn drop_slow(&amp;mut self) {
        unsafe { ptr::drop_in_place(Self::get_mut_unchecked(self)) };
        // 因为是最后一个强引用，将隐式的共享弱引用构造出来
        drop(Weak { ptr: self.ptr });
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="weaknew函数"><a class="header" href="#weaknew函数"><strong>Weak::new函数</strong></a></h3>
<p>这个函数构造出一个指向usize::MAX的弱引用，代表空。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T&gt; Weak&lt;T&gt; {
    pub fn new() -&gt; Weak&lt;T&gt; {
        Weak { ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut ArcInner&lt;T&gt;).expect(&quot;MAX is not 0&quot;) }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="weakclone函数"><a class="header" href="#weakclone函数"><strong>Weak::clone函数</strong></a></h3>
<p>这个函数的内存序设置原因和Arc的相同。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T: ?Sized&gt; Clone for Weak&lt;T&gt; {
    fn clone(&amp;self) -&gt; Weak&lt;T&gt; {
        let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
            inner
        } else {
            return Weak { ptr: self.ptr };
        };
        let old_size = inner.weak.fetch_add(1, Relaxed);
        if old_size &gt; MAX_REFCOUNT {
            abort();
        }

        Weak { ptr: self.ptr }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="weak的辅助结构"><a class="header" href="#weak的辅助结构"><strong>Weak的辅助结构</strong></a></h3>
<p>由于Weak本身只会读写强弱引用计数器，不会碰数据字段，因此定义了一个辅助的WeakInner结构。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>struct WeakInner&lt;'a&gt; {
    weak: &amp;'a atomic::AtomicUsize,
    strong: &amp;'a atomic::AtomicUsize,
}

impl&lt;T: ?Sized&gt; Weak&lt;T&gt; {
    fn inner(&amp;self) -&gt; Option&lt;WeakInner&lt;'_&gt;&gt; {
        if is_dangling(self.ptr.as_ptr()) {
            None
        } else {
            Some(unsafe {
                let ptr = self.ptr.as_ptr();
                WeakInner { strong: &amp;(*ptr).strong, weak: &amp;(*ptr).weak }
            })
        }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="weakweak_countstrong_count函数"><a class="header" href="#weakweak_countstrong_count函数"><strong>Weak::weak_count/strong_count函数</strong></a></h3>
<p>弱引用计数的定义稍微有点不一样，当Weak通过new创建或者强引用为0的时候，返回值是0。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T: ?Sized&gt; Weak&lt;T&gt; {
    pub fn strong_count(&amp;self) -&gt; usize {
        if let Some(inner) = self.inner() { inner.strong.load(SeqCst) } else { 0 }
    }

    pub fn weak_count(&amp;self) -&gt; usize {
        self.inner()
            .map(|inner| {
                let weak = inner.weak.load(SeqCst);
                let strong = inner.strong.load(SeqCst);
                if strong == 0 {
                    0
                } else {
                    // 注意上面后加载strong，确保了先加载weak时，
                    // 强引用共享的隐式弱引用没有构造出来，因此可以放心减1
                    weak - 1
                }
            })
            .unwrap_or(0)
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="weakupgrade函数"><a class="header" href="#weakupgrade函数"><strong>Weak::upgrade函数</strong></a></h3>
<p>因为Arc::new_cyclic函数的关系，导致Weak可能并没有和数据做跨线程同步，因此在升级为Arc的时候需要Acquire内存序。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T: ?Sized&gt; Weak&lt;T&gt; {
    pub fn upgrade(&amp;self) -&gt; Option&lt;Arc&lt;T&gt;&gt; {
        let inner = self.inner()?;
        let mut n = inner.strong.load(Relaxed);

        loop {
            if n == 0 {
                return None;
            }
            if n &gt; MAX_REFCOUNT {
                abort();
            }
            match inner.strong.compare_exchange_weak(n, n + 1, Acquire, Relaxed) {
                Ok(_) =&gt; return Some(unsafe { Arc::from_inner(self.ptr) }), 
                Err(old) =&gt; n = old,
            }
        }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="weakdrop函数"><a class="header" href="#weakdrop函数"><strong>Weak::drop函数</strong></a></h3>
<p>函数检查是否为最后一个Weak，是的话则回收分配的内存。内存序的设置和Arc的原因是一样的。数据析构和内存释放的跨线程同步是通过<strong>强引用隐式共享的弱引用</strong>建立的：数据析构 Sequence Before 共享弱引用构造 Sequence Before 共享弱引用析构 Happen Before 最后一个弱引用析构 Sequence Before 内存释放。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>unsafe impl&lt;#[may_dangle] T: ?Sized&gt; Drop for Weak&lt;T&gt; {
    fn drop(&amp;mut self) {
        let inner = if let Some(inner) = self.inner() { inner } else { return };
        if inner.weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
            inner.weak.load(Acquire);
            unsafe { Global.deallocate(self.ptr.cast(), Layout::for_value_raw(self.ptr.as_ptr())) }
        }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="arcdowngrade函数"><a class="header" href="#arcdowngrade函数"><strong>Arc::downgrade函数</strong></a></h3>
<p>这个函数递增weak计数器，并构造出新的Weak。由于weak计数器会被is_unique函数临时设置成usize::MAX，因此不能简单使用fetch_add，而是需要使用循环cas操作。注意到和clone不一样的是：对weak计数器递增的时候使用了Acquire内存序，原因需要和后面的is_unique函数一起分析。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T: ?Sized&gt; Arc&lt;T&gt; {
    pub fn downgrade(this: &amp;Self) -&gt; Weak&lt;T&gt; {
        let mut cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
        loop {
            if cur == usize::MAX {
                hint::spin_loop();
                cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
                continue;
            }
            match this.inner().weak.compare_exchange_weak(cur, cur + 1, Acquire, Relaxed) {
                Ok(_) =&gt; {
                    return Weak { ptr: this.ptr };
                }
                Err(old) =&gt; cur = old,
            }
        }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="arcis_unique函数"><a class="header" href="#arcis_unique函数"><strong>Arc::is_unique函数</strong></a></h3>
<p>检查是否只剩下一个Arc引用，且不存在其他Weak。由于需要同时检查两个引用计数器，因此实现的时候是先将weak计数器设置为usize::MAX作为锁定的标志，避免其他线程修改。流程：</p>
<ol>
<li>通过Acquire内存序cas锁定weak计数器，如果锁定失败，说明有其他Weak，返回false；</li>
<li>采用Acquire内存序读取strong计数器，判断是否为1；</li>
<li>采用Release内存序恢复weak计数器；</li>
</ol>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T: ?Sized&gt; Arc&lt;T&gt; {
    fn is_unique(&amp;mut self) -&gt; bool {
        if self.inner().weak.compare_exchange(1, usize::MAX, Acquire, Relaxed).is_ok() {
            let unique = self.inner().strong.load(Acquire) == 1;
            self.inner().weak.store(1, Release); 
            unique
        } else {
            false
        }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<p>下面对内存序的设置作分析：</p>
<p>步骤3中采用的Release内存序和Arc::downgrade函数中的Acquire序进行了跨线程同步，这个同步关系只是一个跳板，作用比较隐晦：它确保了步骤2对strong的读取和Arc::downgrade函数中的Weak引用的构造建立Happen Before关系，如果构造出来的Weak调用upgrade进行升级修改strong引用计数器，那么就可以保证步骤2对strong的读取和upgrade对strong的修改建立跨线程同步。另外当存在其他Weak的时候，步骤2和3是不会执行的，这解释了为啥clone可以直接采用Relaxed内存序的原因。</p>
<p>步骤2的Acquire内存序和Arc::drop中的作用相同，和其他drop掉的Arc进行跨线程同步，因为is_unique函数的作用就是为了辅助get_mut函数的实现，拿到数据的<code>&amp;mut T</code>指针。</p>
<p>步骤1的Acquire内存序也比较隐晦，目的是和Weak::upgrade函数对strong的修改建立同步关系，考虑这么一种执行路径：初始时线程A和B分别持有一个Arc和Weak，此时的strong为1，weak为2，线程B先执行Weak::upgrade函数将strong从1改为2，接着执行Weak::drop析构掉Weak，此时strong为2，weak回到1；线程A调用Arc::is_unique函数成功执行步骤1，Acquire序确保了和Weak::drop建立了跨线程同步，这样is_unique函数的步骤2对strong的读取确保为2，而不是1。</p>
<h3 id="arcget_mut函数"><a class="header" href="#arcget_mut函数"><strong>Arc::get_mut函数</strong></a></h3>
<p>当只剩下一个Arc引用，且不存在其他Weak的时候，可以调用这个方法拿到<code>&amp;mut T</code>来对数据进行修改，如上描述，is_unique已经经过了必要的跨线程同步，并且要求了参数是<code>&amp;mut Self</code>，因此返回的<code>&amp;mut T</code>是线程安全的。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T: ?Sized&gt; Arc&lt;T&gt; {
    pub fn get_mut(this: &amp;mut Self) -&gt; Option&lt;&amp;mut T&gt; {
        if this.is_unique() {
            unsafe { Some(Arc::get_mut_unchecked(this)) }
        } else {
            None
        }
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h3 id="arcstrong_countweak_count函数"><a class="header" href="#arcstrong_countweak_count函数"><strong>Arc::strong_count/weak_count函数</strong></a></h3>
<p>注意由于没有Weak的时候才会锁定weak计数器，因此如果锁定了可以直接返回0，weak_count没有包含隐式的共享弱引用。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust"><span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span>impl&lt;T: ?Sized&gt; Arc&lt;T&gt; {
    pub fn weak_count(this: &amp;Self) -&gt; usize {
        let cnt = this.inner().weak.load(SeqCst);
        if cnt == usize::MAX { 0 } else { cnt - 1 }
    }

    pub fn strong_count(this: &amp;Self) -&gt; usize {
        this.inner().strong.load(SeqCst)
    }
}
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h2 id="总结"><a class="header" href="#总结"><strong>总结</strong></a></h2>
<p>从实现上，让所有Arc共享一个隐式的弱引用的设计非常的巧妙。另外内存序设置比较复杂的原因除了需要对内存模型有深入的了解之外，还在于其本身不可组合，不能通过单个函数局部地分析他的正确性，而是需要全局考虑所有可能的执行路径，因此每增加一个新的功能，执行路径就会暴增。如果把is_unique和new_cyclic函数砍掉的话，很多地方的内存序可以进行放松。</p>
<p>发布于 2022-02-03 15:51</p>

                    </main>

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